淺談GPS在公路工程測量中的應用

【摘 要】本文通過GPS測量技術的特點，結合在公路工程測量方面的綜合應用，提供精度定位、觀測時間短、操作簡便以及三維坐標等主要技術特點，綜合闡述個人的觀點和使用技術參考。

【關鍵詞】GPS測量；定位；高程；導線

1. GPS測量的特點

相對于以往的測量學來說，GPS測量主要有以下特點：

(1)測站之間無需通視。測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。

(2)定位精度高。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。

(3)觀測時間短。在小于20Km的基線上，快速相對定位一般只需5min觀測時間即可。

(4)提供三維坐標。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。

(5)操作簡便。GPS測量的自動化程度很高。在觀測中測量員的主要任務是安裝并開關儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

(6)全天候作業(yè)。GPS觀測可在任何地點，任何時間連續(xù)地進行，一般不受天氣狀況的影響。

2. GPS測量在公路測量中的應用實例

2.1 常規(guī)測量方法的缺陷。

(1)規(guī)范對附合導線長、閉合導線長及結點導線間長度等有嚴格規(guī)定，一般對于高等級公路均要求達到一級導線要求。

(2)地面通視困難往往影響常規(guī)測量的實施。一般路線的控制點要求布設在距路線300m范圍內。

(3)長大隧道及特大橋的控制網高精度及與路線網的低精度銜接，雖說用平差方法可以得到克服，但由于地形條件困難，其聯結的測量工作量很大，且不太方便。實際工作中，構造物的控制測量與路線的控制測量經常出現脫節(jié)現象。

利用GPS測量能克服上述列舉的缺陷，并提高作業(yè)的效率，減輕勞動強度，保證了高等級公路測設質量。

2.2 GPS用于大橋控制測量。

泗洪濉河大橋是連結S121省道和泗洪縣主干道的公路大橋。為便于大橋設計和施工，采用GPS對首選方案橋位進行Ⅲ等平面控制測量。布網設計方案為雙大地四邊形。垂直于河道的長邊約為800m，平行于江面的短邊約為300m。

經過平差處理，控制網精度為：最弱點位中誤差1.66cm，最弱邊長相對中誤差1/125000，滿足了Ⅲ等平面控制測量的精度要求。

2.3 GPS測量用于導線控制測量。

宿遷泗洪縣洪澤湖濕地公園旅游大道（全長23KM）地處南暖溫帶與北亞熱帶的過渡地帶，地勢平坦，最大相對高差約6m，境內村莊較多。植被多為小麥及田間行樹。公路及機耕道密集。

采用兩臺Wild 200 GPS接收機進行導線測量，作業(yè)方式采用點連接方式，兩臺接收機同時作業(yè)。

在GPS觀測之前，已作高精度紅外導線測量(EDM)和水準測量。

下面列出同時施測GPS和常規(guī)測量的23Km的比較結果。GPS測量觀測時段7.5min。將GPS測量結果與紅外儀導線平差結果比較，得到較差中誤差mx=±0.057m，my=±0.049m，點位中誤差為±0.075m。

將GPS測量結果與精密水準測量結果比較，得到高程中誤差為±0.049m。

通過實際測量可看出：

(1)GPS觀測時間為7.5min，與常規(guī)紅外儀測量相比，時間縮短了約20min，效率為4倍；與全站儀測量相比，時間縮短約8min，效率為2倍。

(2)GPS導線測量可靠性好，平面精度和高程精度均能滿足高速公路測設的要求。

2.4 GPS測量用于高程控制測量的嘗試。

高程測量中通常應用的高程系統(tǒng)主要有大地高程系統(tǒng)、正常高系統(tǒng)和正高系統(tǒng)。大地高程系統(tǒng)是以橢球面為基準的高程系統(tǒng)。正高系統(tǒng)是以大地水準面為基準的高程系統(tǒng)。由于正高實際上是無法嚴格確定的，為實用上的方便，通常采用根據以往的理論建立的正常高系統(tǒng)。

GPS測量資料與水準測量資料相結合，來確定區(qū)域性大地水準面的高程是一種有效的方法。這種方法要求GPS觀測點具有水準測量資料且密度適當，分布比較均勻。利用高精度GPS定位技術精密確定觀測點的大地高程差，并根據建立的適當大地水準面數學模型，內插出計算點的高程異常或異常差，從而得出特定點的正常高。

由成果可知，只要點位分布均勻，密度適中，將精密水準資料與GPS測量資料相結合，能夠得到高精度的高程測量結果。

3. 結論與展望

從GPS測量中，得出如下體會：

(1)GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受距離限制，非常適合于國家大地點破壞嚴重地區(qū)、地形條件困難地區(qū)、局部重點工程地區(qū)等。

(2)GPS測量可以大大提高工作及成果質量。它不受人為因素的影響。整個作業(yè)過程全由微電子技術、計算機技術控制，自動記錄、自動數據預處理、自動平差計算。

(3)GPSRTK技術將徹底改變公路測量模式。RTK能實時地得出所在位置的空間三維坐標。這種技術非常適合路線、橋、隧勘察。它可以直接進行實地實時放樣、中樁測量、點位測量等。

(4)GPS測量可以極大地降低勞動作業(yè)強度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。一般GPS測量作業(yè)效率為常規(guī)測量方法的3倍以上。

(5)GPS高精度高程測量同高精度的平面測量一樣，是GPS測量應用的重要領域。

4. 結論

將GPS應用于公路建設，給傳統(tǒng)的公路勘測作業(yè)方式帶來了巨大沖擊，使公路測設水平顯著提高。特別是GPS實時動態(tài)定位技術(RTK)應用于道路地形測繪、定線測量、施工放樣測量等工作可達到厘米級的精度，可方便地進行數據的儲存?zhèn)鬏敚瑢崿F與路線CAD的集成。無論在公路勘察設計單位還是公路施工單位均具有重要的應用，而具備RTK功能的GPS接收機價格昂貴，所以在道路建設施工單位推廣應用目前有一定難度。但是，由于一個RTK基準站可以與許多流動接收機配合使用，如果加高基準站天線和加大電臺功率，數據通信范圍可達幾十至上百公里，所以在高等級公路建設中，公路勘察設計部門和施工單位可共同設立RTK系統(tǒng)，實現資源共享，每個合同段的施工單位只需購置RTK流動設備即可，這樣不僅能節(jié)約投資，還能加快工程進度。